一种适用于大变形公路隧道的钢架接头的制作方法

本实用新型涉及土木工程技术领域，具体为一种适用于大变形公路隧道的钢架接头。

背景技术：

随着国家“一带一路”战略和行业“十三五”基础设施均衡化发展规划的快速落地，在我国的西部、南部、西北部、西南部等广大山区，尤其是高地应力地区又规划了大量的交通干道，必然遇到更多的隧道大变形问题。

大变形是高地应力地区软弱围岩隧道建设中遇到的最复杂的问题，极大的影响了公路隧道工程的建设，比如备受关注的国道212线改建控制性工程木寨岭隧道，最大变形量达1.7m，大变形的处治极大的影响了工程进度。

一般情况下，隧道初期支护的钢架采用刚性接头，即在钢架上焊接钢垫板，然后利用高强螺栓将钢垫板连接，刚性接头的优点是刚度大、强度高、施工简单。刚性接头的缺点是强度、刚度不能调节，早期强度刚度太大，不能适应围岩变形的需要；后期围岩变形较大后钢架扭曲失稳，丧失强度、刚度，不能保证围岩稳定。

因此，有必要设计一种强度、刚度随围岩变形增大而增加的钢架接头，以适应围岩的变形需要，并最终保证围岩稳定。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种适用于大变形公路隧道的钢架接头，本实用新型钢架接头有效避免了常规接头钢架在大变形时强度、刚度极大降低的缺点，符合大变形公路隧道，变形越大支护越强的设计理念。本实用新型钢架接头施工简单，强度、刚度的初始值、中间值、最终值都可根据工程需要，通过调整接头尺寸与钢板厚度、高度进行调整，可以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种适用于大变形公路隧道的钢架接头，包括底面钢板和竖向长钢板、竖向中钢板、竖向短钢板和顶面钢板组成，所述竖向长钢板的顶端与顶面钢板焊接，竖向长钢板的底端与底面钢板焊接；竖向中钢板和竖向短钢板的底端焊接在底面钢板上，所述顶面钢板和钢架垫板采用开设的螺栓孔和高强螺栓紧固连接，所述钢架垫板上焊接钢架的工字钢，相邻两个所述工字钢的端头通过钢架的常规接头和钢架接头连接，所述钢架接头的底面钢板与下部钢架在工厂采用焊接连接，钢架接头的顶面钢板与上部钢架在现场采用螺栓连接。

进一步地，所述工字钢变形完成后，采用砂浆灌注接头空隙。

进一步地，所述竖向长钢板竖向长度为预估变形量，竖向中钢板竖向长度为预估变形量的2/3，竖向短钢板竖向长度为预估变形量的1/3。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型钢架接头有效避免了常规接头钢架在大变形时强度、刚度极大降低的缺点，符合大变形公路隧道，变形越大支护越强的设计理念。本实用新型钢架接头施工简单，强度、刚度的初始值、中间值、最终值都可根据工程需要，通过调整接头尺寸与钢板厚度、高度进行调整。

附图说明

图1为隧道初支钢架断面图；

图2为本实用新型钢架接头的立面图；

图3为本实用新型钢架接头的底面钢板详图；

图4为本实用新型钢架接头的顶面钢板详图；

图5为钢架垫板详图。

图中：1、工字钢；2、常规接头；3、钢架接头；4、高强螺栓；5、钢架垫板；6、螺栓孔；7、底面钢板；8、竖向长钢板；9、竖向中钢板；10、竖向短钢板；11、顶面钢板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参阅图1-5，一种适用于大变形公路隧道的钢架接头，包括底面钢板7和竖向长钢板8、竖向中钢板9、竖向短钢板10和顶面钢板11组成，竖向长钢板8的顶端与顶面钢板11焊接，竖向长钢板8的底端与底面钢板7焊接；竖向中钢板9和竖向短钢板10的底端焊接在底面钢板7上，顶面钢板11和钢架垫板5采用开设的螺栓孔6和高强螺栓4紧固连接，钢架垫板5上焊接钢架的工字钢1，相邻两个工字钢1的端头通过钢架的常规接头2和钢架接头3连接，钢架接头3的底面钢板与下部钢架在工厂采用焊接连接，钢架接头3的顶面钢板与上部钢架在现场采用螺栓连接。工字钢1变形完成后，采用砂浆灌注接头空隙。本实用新型钢架接头3在受压状态下，首先由竖向长钢板受力，钢架接头的强度、刚度较低；随着压力增加，竖向中、短钢板参与受力，钢架接头的强度、刚度呈阶梯状增加；当变形达到预定值时，采用砂浆灌注接头空隙，钢架接头的强度、刚度达到最大值。钢架接头的强度、刚度最大值可以达到初始值的10倍以上。

本实用新型的制作如下：

(1)制作钢板、工字钢。

根据初支钢架采用的工字钢1型号，选定钢架垫板5的尺寸。底面钢板7、顶面钢板11与钢架垫板5的尺寸相同。

根据初支钢架采用的工字钢1型号，选定高强螺栓4的型号，并在顶面钢板11与钢架垫板5上钻螺栓孔6。

根据预估变形量和钢架垫板5的尺寸，选定竖向长钢板8、竖向中钢板9、竖向短钢板10的尺寸。竖向长钢板8竖向长度为预估变形量；竖向中钢板9竖向长度为预估变形量的2/3；竖向短钢板10竖向长度为预估变形量的1/3。

根据分段长度，制作工字钢1。

(2)焊接接头。

在工厂内，将竖向长钢板8、竖向中钢板9、竖向短钢板10与底面钢板7焊接；将顶面钢板11与竖向长钢板8焊接，本实用新型的钢架接头3制作完成。

钢架接头3的底面钢板7与工字钢1焊接。钢架垫板5与工字钢1焊接。

(3)组装钢架。

根据变形需要，选择采用本实用新型的钢架接头3的位置。在现场将钢架垫板5与顶面钢板11采用高强螺栓4连接，钢架组装完成。可以综合采用本实用新型的钢架接头3与常规接头2组装钢架。

(4)灌浆。

变形基本完成后，采用砂浆将本实用新型的钢架接头3内部的空隙填满。

本实用新型钢架接头3强度、刚度的初始值、中间值、最终值都可根据工程需要，通过调整接头尺寸与钢板厚度、高度进行调整。

本实用新型钢架接头3在受压状态下，首先由竖向长钢板8受力，钢架接头3的强度、刚度较低；随着压力增加，竖向中、短钢板参与受力，钢架接头3的强度、刚度呈阶梯状增加；当变形达到预定值时，采用砂浆灌注接头空隙，钢架接头3的强度、刚度达到最大值。钢架接头3的强度、刚度最大值可以达到初始值的10倍以上。本实用新型钢架接头有效避免了常规接头钢架在大变形时强度、刚度极大降低的缺点，符合大变形公路隧道，变形越大支护越强的设计理念。本实用新型钢架接头施工简单，强度、刚度的初始值、中间值、最终值都可根据工程需要，通过调整接头尺寸与钢板厚度、高度进行调整。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。